潘家口电厂2号机组调速器试验浅析

马玉杰

（国网新源控股有限公司潘家口蓄能电厂，河北 唐山064309）

潘家口电厂坐落在河北省迁西县境内滦河干流的中上游，是国内最早的大型抽水蓄能电站之一。电厂安装3台90MW机组，总装机270MW，于1992年投入运行。

原调速器于2005年10月23日投入运行，为维奥公司（现安德里茨公司）产品。调速器由一套独立PLC控制，主要包括通信模块、开入开出模块、模拟量输入输出模块等。2016年9月，潘家口电厂对2号机组调速器进行改造，采用TC1703XL双微机冗余调速器，设计方式为双PLC冗余备用，并设计有一套管理PLC。

1 静态试验

静态试验主要包括控制系统实测、永态转差系数Bp校验、执行机构特性测试、电源切换试验和CPU切换试验。

1.1 试验前检查

1.1.1 外部接线检查安装单位电缆接线已经完成，安装自检工作结束。调速器AC220V电源由独立电缆线输入，进入指定接线端子。

调速器信号输入屏蔽线按照要求接入，电缆屏蔽线单边接入调速器接地端子，信号线与动力线不能共用一根电缆。

电气柜与机械部分的连线连接正常。1.1.2 安全检查

发电机开关跳开，闸刀已拉开。工作门全关，进水阀全关。水车室，转轮室无人工作。

有关人员确认调速器调试人员可以开始工作。油压装置处于正常自动运行状态。1.1.3 上电检查

上电前断开位移传感器、齿盘探头、水头变送器的电源输入端。

接通调速器交流、直流电源，测量两路DC24V电源是否正常。

1.1.4 输入输出信号检查

调速器电气柜的输入输出信号采集调速器所需的现场外部信号，再根据采集的现场信号输出控制信号，包括开关量与模拟量，因这些信号是调速器工作的基础，须确认调速器输入输出的每一个点。

1.2 控制系统实测

设置比例环节Kp=1，主环的积分、微分、永态转差系数及频率死区（ε）均置为无效，用信号发生器给调节系统施加转速模拟信号，进行0.1Hz和0.2Hz的给定阶跃试验（图1、2）。经计算，在两种试验情况下，比例环节实测数值均与设置数值一致，表明系统比例环节功能正常。

设置积分环节Ki=1，比例环节Kp=1，排除其他环节干扰，用信号发生器给调节系统施加转速模拟信号，进行 0.1Hz和 0.2Hz的给定阶跃试验（图 3、4）。经计算，在两种试验情况下，积分环节实测数值均与设置数值一致，表明系统比例环节功能正常。

图1 Kp=1频率0.1Hz阶跃试验录波图

图2 Kp=1频率0.2Hz阶跃试验录波图

图3 Ki=1频率0.1Hz阶跃试验录波图

图4 Ki=1频率0.2Hz阶跃试验录波图

1.3 永态转差系数Bp校验

将永态偏差系数设置为Bp=4%，将接力器行程开至50%，死区设置为0，导叶内外环放大倍数设为调整好的值，另外试验前还需将孤网检测频率高设为110%，孤网检测频率低设为90%，以防做试验时进入孤网状态。机组处于开度控制模式，缓慢改变机组模拟转速信号，记录频率反馈、接力器行程等信号。试验记录如表1所示。

表1 永态转差系数Bp校核

由表1可得图5所示。

图5 调速器静特性曲线

1.4 执行机构大阶跃动作特性测试

导叶大开度阶跃扰动试验（图6）。

图6 导叶大开度阶跃试验录波图

导叶小开度阶跃扰动试验（图7、8）。

图7 导叶小开度阶跃扰动变化（开）

图8 导叶小开度阶跃扰动变化（关）

1.5 电源切换试验

调速器工作在模拟负载状态（断路器合，模拟机频为 50Hz）：

先后切除交流、直流电源，观察接力器变化情况；检查是否有明显扰动。

由表2可知，电源切换前后导叶开度无变化，满足扰动量＜1%要求。

表2 电源切换前后导叶开度记录表

1.6 CPU切换试验

调速器工作在模拟负载状态（断路器合，模拟机频为 50Hz）：

先后在两CPU之间进行切换，观察接力器变化情况；检查是否有明显扰动。

由表3可知，CPU切换前后导叶开度无变化，满足扰动量＜1%要求。

表3 CPU切换前后导叶开度记录表

2 空载试验

空载试验包括空载摆动试验及空载扰动试验，空载摆动试验记录3min内的转速最大值与最小值，二者差值即为摆动值；空载扰动试验通过修改频率给定值，使机组经过动态过程后稳定在新的频率。试验时，空载工况PID调节参数：Kp=1.2；TN=8.4；TD=0.8。

图9 空载试验曲线

由图9可知，最小转速为99.93%，最大转速为100.14%，转速摆动为0.21%，空载摆动值小于0.3%，满足要求。

3 甩负荷试验

机组甩负荷试验是检验水轮机和调速器质量最重要的试验项目之一。通过甩负荷试验测量水轮机的振动、转速上升率等重要指标，来判定机组调速器制造、安装是否符合要求。机组甩25%额定负荷后，接力器不动时间小于0.2s；机组甩100%负荷后，在转速变化过程中超过稳态转速3%以上的波峰不应超过2次，从接力器第1次向关闭方向移动起到机组转速摆动值不超过0.5%止所经历的总时间不应大于40s。

由图10可知，甩25%试验，接力器不动时间时间＜0.2s，满足要求。

由图11可知，甩50%负荷试验，调节次数＜1，调节时间26.4s＜40s，满足要求。

图11 甩50%试验曲线

由图12可知，甩75%负荷试验，调节次数＜1，调节时间28.3s＜40s，满足要求。

图12 甩75%试验曲线

由图13可知，甩100%负荷试验，调节次数＜1，调节时间25.7s＜40s，满足要求。

图13 甩100%试验曲线

4 水泵启动试验

调速器若接收到来自LCU的水泵启动指令，则按照与扬程的协联曲线以一定速度开启至协联开度，记录水泵启动试验曲线。

由图14可知，水泵启动后开度与水头协联正常。

图14 水泵启动试验曲线

5 结束语

本次试验完成了调速器控制系统比例及积分环节验证、永态转差系数Bp校验、执行机构大阶跃动作特性测试、空载试验、甩负荷试验、水泵启动试验，验证了水轮机及其调节控制系统模型参数的准确性，为系统稳定分析及电网日常生产调度提供准确的计算数据，是保证电网安全运行和提高劳动生产率的有效措施，具有重要的社会意义和经济效益。